無(wú)鉛回流焊接中的質(zhì)量問(wèn)題處理
作者： 深圳市偉達(dá)科電子設(shè)備有限公司發(fā)表時(shí)間：2018/12/5 14:17:35瀏覽量：2916
在SMT應(yīng)用中，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量可以用以下的定義來(lái)描述。
“在設(shè)計(jì)意圖的使用環(huán)境、方式和壽命期中，能夠維持某個(gè)程度的機(jī)械和電氣性能。”
文本標(biāo)簽：無(wú)鉛回流焊接中的質(zhì)量問(wèn)題處理
焊接質(zhì)量問(wèn)題的定義和分類：
在SMT應(yīng)用中，產(chǎn)品的焊接質(zhì)量可以用以下的定義來(lái)描述。
“在設(shè)計(jì)意圖的使用環(huán)境、方式和壽命期中，能夠維持某個(gè)程度的機(jī)械和電氣性能。”
在這定義中，“使用環(huán)境”指使用的場(chǎng)合，如室內(nèi)或是室外、靜止的工作臺(tái)或移動(dòng)的交通工具上、以及環(huán)境的溫濕度等等；“方式”主要指的是通電工作模式。例如一天中會(huì)開(kāi)關(guān)多次的（如手機(jī)、電腦、MP3、汽車電子等產(chǎn)品），或通電啟動(dòng)后基本不關(guān)機(jī)的（如通信機(jī)站，家用電話，供電保護(hù)等產(chǎn)品）；“壽命期”指得是產(chǎn)品的預(yù)期使用期。這些都會(huì)因?yàn)樾袠I(yè)情況和企業(yè)定位的不同而有所差異，也是設(shè)計(jì)部門必須給于定義的，所以以上的定義中說(shuō)“設(shè)計(jì)意圖”。“維持某個(gè)程度”指的是可以接受的失誤或失效程度，例如說(shuō)1%的產(chǎn)品失效，或某個(gè)性能量化上的20%下降之類的定義。
從以上的定義中，提出了一點(diǎn)我們?cè)谌粘Ｉa(chǎn)中經(jīng)常沒(méi)有很好的照顧到的，就是產(chǎn)品的“壽命”問(wèn)題。由于檢測(cè)技術(shù)手段，以及成本和知識(shí)等的限制，在目前的SMT用戶群中，能夠較足夠照顧到這方面的用戶為數(shù)不多。所以我們不難在市場(chǎng)上看到'不耐用'的產(chǎn)品。
對(duì)于那些想搞好SMT的企業(yè)來(lái)說(shuō)，質(zhì)量的定義必須包括兩大類。就是'零時(shí)質(zhì)量'和'可靠性'（或'壽命'）。'零時(shí)'指的是使用時(shí)間為零。也就是交貨時(shí)的質(zhì)量表現(xiàn)。如果不考慮包裝、運(yùn)輸、庫(kù)存等影響，就是制造商發(fā)貨時(shí)的質(zhì)量，通過(guò)FT（功能測(cè)試）、校驗(yàn)等工作把關(guān)的質(zhì)量。而由于客戶接收到不良品后會(huì)投訴退貨，一般制造商對(duì)這方面的表現(xiàn)比較了解。但對(duì)于'可靠性'方面的表現(xiàn)就未必有足夠詳細(xì)的記錄和數(shù)據(jù)來(lái)量化了。
除了區(qū)分'零時(shí)'和'壽命'質(zhì)量外，焊接質(zhì)量還可以分成'焊點(diǎn)'和'非焊點(diǎn)'或'材料'質(zhì)量。'焊點(diǎn)'質(zhì)量顧名思義指的是回流焊焊點(diǎn)是否能在使用壽命期內(nèi)以及使用環(huán)境條件下堅(jiān)固的保持其機(jī)械和電性接合性能。在回流焊接中，整個(gè)產(chǎn)品，包括所有PCBA上的器件和基板等材料都會(huì)經(jīng)過(guò)高溫，而不良或不配合的高溫控制可能會(huì)對(duì)這些材料進(jìn)行破壞，這就需要工程師們?nèi)パ芯亢吞幚?非焊點(diǎn)'質(zhì)量了。典型的非焊點(diǎn)質(zhì)量問(wèn)題如器件封裝的爆裂或分層，材料熔化等等。
焊點(diǎn)質(zhì)量的保證，需要滿足幾個(gè)外部和內(nèi)部因素。外部條件有以下三點(diǎn)：
1．足夠和良好的潤(rùn)濕；2．適當(dāng)?shù)暮更c(diǎn)大小；3．良好的外形輪廓。
足夠和良好的潤(rùn)濕，是讓我們知道'可焊性'狀況的重要指示。一個(gè)未潤(rùn)濕的焊點(diǎn)很難有足夠的IMC形成，這也就間接告訴我們焊接質(zhì)量是差的。這里要提醒一點(diǎn)，有潤(rùn)濕跡象雖然表示可焊性存在，但還不能完全表示IMC的合格。而IMC形成的程度或狀況，才是決定焊點(diǎn)可靠性的關(guān)鍵。這是外觀檢查能力的一個(gè)重要限制。
焊點(diǎn)的大小，直接決定焊點(diǎn)的機(jī)械強(qiáng)度，以及承受疲勞斷裂和蠕變的能力。在回流焊接技術(shù)中，一般焊點(diǎn)的材料多來(lái)自錫膏的印刷量。在和器件焊端材料匹配不理想的情況下，大焊點(diǎn)有時(shí)候也可以起著緩沖質(zhì)量問(wèn)題的作用。從以上的觀點(diǎn)上，我們希望焊點(diǎn)偏大為佳。不過(guò)太大的焊點(diǎn)也可能帶來(lái)問(wèn)題。例如影響潤(rùn)濕的檢查性，以及容易造成吸錫、橋接等工藝問(wèn)題，甚至還可能縮短電遷移故障壽命等。
焊點(diǎn)的外形輪廓也很重要。由于在使用中，焊點(diǎn)結(jié)構(gòu)內(nèi)部的各部分所承受的應(yīng)力并不一樣，以上提到的'焊點(diǎn)大小'因素還必須和這'外形輪廓'因素一并考慮。例如一個(gè)'少錫'出現(xiàn)在翼型引腳'足尖'的問(wèn)題，在可靠性考慮上就沒(méi)有出現(xiàn)在'足跟'部位來(lái)的嚴(yán)重。
焊點(diǎn)質(zhì)量的內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素也有以下三個(gè)主要方面應(yīng)該得到保證。
1．適當(dāng)?shù)慕饘匍g合金層；
2．充實(shí)的焊點(diǎn)內(nèi)部結(jié)構(gòu)；
3．焊點(diǎn)內(nèi)部的微晶結(jié)構(gòu)。
金屬間合金IMC的形成狀況，是決定焊點(diǎn)機(jī)械強(qiáng)度的關(guān)鍵。不同的金屬會(huì)形成不同成分組合的IMC，而其強(qiáng)度也有所不同。所以在選擇器件、PCB焊盤鍍層金屬和錫膏金屬的匹配上是個(gè)確保質(zhì)量的重要工作。在選對(duì)適當(dāng)?shù)牟牧虾螅酉聛?lái)的問(wèn)題就是通過(guò)焊接工藝的控制，使IMC形成良好的厚度了。IMC未形成時(shí)我們稱該焊點(diǎn)為'虛焊'，其結(jié)構(gòu)是不堅(jiān)固的。但由于IMC本身是個(gè)脆弱的金屬，所以一旦形成太厚時(shí)，焊點(diǎn)也容易在IMC結(jié)構(gòu)中斷裂。所以控制IMC厚度便成了焊接工藝中的一個(gè)重點(diǎn)。
焊點(diǎn)的內(nèi)部必須是'實(shí)'的。由于在回流焊接工藝中，錫膏和PCB材料等會(huì)有發(fā)出氣體的現(xiàn)象，在焊點(diǎn)外觀看來(lái)適當(dāng)合格的情況下，其內(nèi)部有可能因?yàn)檫@些氣體的散發(fā)而充氣，出現(xiàn)一些大大小小的氣孔。使該焊點(diǎn)的性能實(shí)際上類似'焊點(diǎn)小'的情況，可靠性受到威脅。
焊點(diǎn)的微晶結(jié)構(gòu)，受到加熱溫度、時(shí)間以及熱冷速率的影響。不同粗細(xì)的結(jié)構(gòu)也出現(xiàn)不同的抗疲勞能力。這問(wèn)題在傳統(tǒng)錫鉛中的影響不是很大。不過(guò)在進(jìn)入無(wú)鉛技術(shù)后，有報(bào)告指出對(duì)某些合金材料是敏感的。用戶在選擇無(wú)鉛材料時(shí)最好按本身情況給于必要的評(píng)估考慮。
'非焊點(diǎn)'質(zhì)量方面。我們所關(guān)心的材料（器件和PCB）的耐熱性。作為用戶，一般我們是在DFM（可制造性設(shè)計(jì)）流程中，在選擇時(shí)向供應(yīng)商索取這方面的技術(shù)資料。而目前供應(yīng)商較流行的做法，是提供給用戶一個(gè)類似'回流曲線'的標(biāo)準(zhǔn)，上面標(biāo)示了溫度和時(shí)間極限，供用戶跟從使用。其實(shí)這種做法有待改進(jìn)。因?yàn)槠骷⒎菃我徊牧希怯刹煌牧稀⒂薪Y(jié)構(gòu)性設(shè)計(jì)和工藝加工過(guò)的'產(chǎn)品'。目前這種耐熱性指標(biāo)描述法，并不能很精確的控制和保證質(zhì)量。我在將來(lái)的文章中再提供更多更詳細(xì)的解釋。讀者們現(xiàn)在該知道的，是我們必須有個(gè)耐熱指標(biāo)來(lái)跟從和控制我們的焊接工藝。
焊點(diǎn)質(zhì)量的判斷：
目前業(yè)界多數(shù)用來(lái)對(duì)焊接結(jié)果進(jìn)行把關(guān)的手段，是采用MVI（目視）或AOI（自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)），配合以ICT（在線電性測(cè)試）和FT（功能測(cè)試）。前者屬于'外觀'檢驗(yàn)，雖然可以檢出部分工藝問(wèn)題，但還不能覆蓋所有的外觀故障模式。能力較強(qiáng)的是使用顯微鏡人工目檢的做法。不過(guò)由于速度和成本關(guān)系并沒(méi)有被采用。AOI速度效率雖然較好，但檢出率還不太理想。后面的兩種檢測(cè)屬于電性檢測(cè)而非工藝檢測(cè)。也就是是說(shuō)，工藝問(wèn)題必須要嚴(yán)重到在檢測(cè)時(shí)已經(jīng)造成電性問(wèn)題或差異，這工藝問(wèn)題才能被這兩種方法檢出。比如說(shuō)，焊點(diǎn)太小的工藝問(wèn)題，大部分時(shí)候并未能造成電性問(wèn)題或差異。像這類工藝問(wèn)題就無(wú)法被識(shí)別或檢出。
不論是前者的外觀檢測(cè)或是后者的電性檢測(cè)，他們對(duì)焊點(diǎn)的壽命都還無(wú)法具有較高的檢出率。先前我們談到質(zhì)量的外部和內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素。在內(nèi)部結(jié)構(gòu)因素上，這些常用的做法都缺乏檢驗(yàn)?zāi)芰ΑＫ試?yán)格來(lái)說(shuō)，目前我們的檢查技術(shù)，是無(wú)法提供足夠的質(zhì)量保證的。我將在將來(lái)的文章中和大家更深入的談?wù)撡|(zhì)量保證方面的課題。
回流焊溫度曲線大觀：
在我們討論一些回流焊接工藝故障之前，我們先來(lái)回顧一下回流焊接工藝的回流焊接曲線。以便我們稍后和故障模式對(duì)應(yīng)。讀者如果要知道有關(guān)回流工藝更詳細(xì)的，可以參考2004年的“回流焊接技術(shù)的工藝要點(diǎn)和技術(shù)整合考慮”一文。
一個(gè)典型的回流焊接工藝的時(shí)間/溫度曲線類似以下圖一所示。
從圖中我們可以看到，整個(gè)回流焊接過(guò)程可以分5個(gè)工序。即是：
1．升溫
2．恒溫（也稱預(yù)熱或揮發(fā)）
3．助焊
4．焊接
5．冷卻
第一工序的升溫目的，是在不損害產(chǎn)品的情況下，盡快使PCBA上的各點(diǎn)的溫度進(jìn)入工作狀態(tài)。所謂工作狀態(tài)，即開(kāi)始對(duì)無(wú)助于焊接的錫膏成份進(jìn)行揮發(fā)處理。
第二個(gè)工序如其三個(gè)名稱（恒溫、揮發(fā)、預(yù)熱）所表示的，具有三方面的作用。一是恒溫，就是提供足夠的時(shí)間讓冷點(diǎn)的溫度'追'上熱點(diǎn)。當(dāng)焊點(diǎn)的溫度越接近熱風(fēng)溫度時(shí)，其升溫速率就越慢，我們就利用這種現(xiàn)象來(lái)使冷點(diǎn)的溫度逐漸接近熱點(diǎn)溫度。使熱冷點(diǎn)溫度接近的目的，是為了減少進(jìn)入助焊和焊接區(qū)時(shí)峰值溫差的幅度，便于控制個(gè)焊點(diǎn)的質(zhì)量和確保一致性。恒溫區(qū)的第二個(gè)作用是對(duì)錫膏中已經(jīng)沒(méi)有用的化學(xué)成份進(jìn)行揮發(fā)處理。第三個(gè)作用則是避免在進(jìn)入下個(gè)回流工序，面對(duì)高溫時(shí)受到太大的熱沖擊。
助焊工序是錫膏中的活性材料（助焊劑）發(fā)揮作用的時(shí)候。此刻的溫度和時(shí)間提供助焊劑清洗氧化物所需的活化條件。
當(dāng)溫度進(jìn)入焊接區(qū)后，所提供的熱量足以熔化錫膏的金屬顆粒。一般上器件焊端和PCB焊盤所使用的材料，其熔點(diǎn)都高于錫膏，所以本區(qū)的開(kāi)始溫度由錫膏特性決定。例如以63Sn37錫膏來(lái)說(shuō)，此溫度為183oC。升溫超過(guò)此溫度后，溫度必須繼續(xù)上升，并保持足夠的時(shí)間使熔化的錫膏有足夠的潤(rùn)濕性，以及能夠和各器件焊端以及PCB焊盤間形成適當(dāng)?shù)腎MC為準(zhǔn)。
最后的冷卻區(qū)作用，除了使PCBA回到室溫便于后工序的操作外，冷卻速度也可以控制焊點(diǎn)內(nèi)部的微結(jié)晶結(jié)構(gòu)。這影響焊點(diǎn)的壽命。
回流焊接工藝故障和曲線的關(guān)系：
以上提到的5個(gè)回流焊接工序中，每一部分都有它的作用，而相關(guān)的故障模式也不同。處理這些工藝問(wèn)題的關(guān)鍵在于對(duì)它們的理解以及如何判斷故障模式和工序的關(guān)系。
比如第一個(gè)升溫工序，如果設(shè)置不當(dāng)造成的故障將可能是'氣爆'、'濺錫引起的焊球'、'材料受熱沖擊損壞'等問(wèn)題。第二段的'恒溫'工序可能造成的問(wèn)題卻不盡相同。這一工序的故障模式可能是'熱坍塌'、'連錫橋接'、'高殘留物'、'焊球'、'潤(rùn)濕不良'、'氣孔'、'立碑'等等。在焊接過(guò)程中，爐子的特定溫區(qū)負(fù)責(zé)處理曲線中的某一時(shí)間段或工序，但我們一般無(wú)法看到焊接的真正過(guò)程（目前的爐子并沒(méi)有提供這些措施或方便，即使有些爐子安裝玻璃窗口的也因?yàn)楹更c(diǎn)小，窗口距離遠(yuǎn)而無(wú)法清楚觀察）。而只能見(jiàn)到焊后的結(jié)果。如果要解決問(wèn)題，我們就必須要具備能夠從故障模式推斷出相關(guān)工藝工序的能力。要做到這一點(diǎn)，除了需要有很好的現(xiàn)象觀察和捕抓能力外，首先必須對(duì)各種故障現(xiàn)象的原理有很具體的認(rèn)識(shí)（注一）。
回流焊接的故障模式：
在典型的回流焊接PCBA組裝工藝中，回流焊接工序后經(jīng)常是用戶用做檢查和質(zhì)控點(diǎn)的地方。這里所觀察到的問(wèn)題，雖然不都是因?yàn)榛亓骱附庸に囁鸬模灿胁簧俟收夏Ｊ绞呛突亓鞴に嚨脑O(shè)置或控制不當(dāng)有關(guān)。要有效和徹底的解決問(wèn)題，我們必須對(duì)這些故障模式，包括回流和非回流工藝的，包括線上和線外的（注二），都給于研究和控制。 這才能發(fā)揮技術(shù)整合的作用。
如果我們把焦點(diǎn)只放在'回流焊接工藝'上，所常見(jiàn)到的故障模式有下列幾種。
1． 潤(rùn)濕不良或不足；
2． 虛焊 / 弱焊（包括因?yàn)闊崮懿蛔阍斐傻模?jiàn)注三）；
3． 回流不足（焊料未全熔化）；
4． 移位 / 飛料（包括'立碑'）；
5． 收錫 / 縮錫；
6． 錫流失（造成少錫或開(kāi)焊）；
7． 橋接 / 短路 / 連錫；
8． 錫球 / 錫珠；
9． '爆米花'效應(yīng)；
10． 器件的熱損壞；
11． 焊點(diǎn)內(nèi)出現(xiàn)氣孔或真空孔；
12． 焊點(diǎn)粗糙；
13． 焊點(diǎn)表面出現(xiàn)裂痕或斷裂；
14． 二次溶化（出現(xiàn)在混裝工藝或雙回流工藝上）。
以上除了第2項(xiàng)的'虛焊 / 弱焊'，部分第10項(xiàng)的'熱損壞'，以及第11項(xiàng)的'氣孔'故障模式外，都是屬于和'零時(shí)故障'和'外觀'有關(guān)的。而在'可靠性'或'壽命'故障相關(guān)的故障模式中，我們還有另外的描述做法。這是將上述2，10和11項(xiàng)的3種故障模式通過(guò)使用中的破壞（或測(cè)試）模式來(lái)定義。常用的模式有以下幾種：
1．疲勞斷裂；
2．蠕變斷裂；
3．抗拉（注四）；
4．抗切（注四）；
5．抗震；
6．抗撞擊。
'零時(shí)故障'的14項(xiàng)故障模式，和'可靠性'的6個(gè)故障模式有一定的關(guān)系存在。在適當(dāng)?shù)腄FR（可靠性設(shè)計(jì)）和DFM（可制造性設(shè)計(jì)）下，如果能夠保證'零時(shí)故障'的14個(gè)故障模式受控，我們可以在很大的程度上保證產(chǎn)品的'可靠性'。也就是這個(gè)關(guān)系，使我們得以通過(guò)較可行的生產(chǎn)質(zhì)量管理和檢驗(yàn)來(lái)做到對(duì)可靠性的保證。
故障模式分析和解決案例：
在SMT技術(shù)中，所有故障模式都非單一因素所造成。把各個(gè)故障模式的因素找出來(lái)并進(jìn)行研究，通過(guò)了解來(lái)控制各個(gè)要素是用戶基礎(chǔ)工藝工程師的主要工作。下面我們來(lái)看看一個(gè)故障原理的例子。希望通過(guò)這案例能使讀者更好的認(rèn)識(shí)技術(shù)整合應(yīng)用的理念。
我們以第一種的潤(rùn)濕不良或不足的問(wèn)題為例，這故障的成因牽涉到物料種類或特性、包裝、庫(kù)存、后勤搬運(yùn)、工藝等多方面的因素。在供應(yīng)鏈或產(chǎn)業(yè)化的角度來(lái)看，則牽涉到設(shè)計(jì)部、供應(yīng)商、倉(cāng)庫(kù)后勤部、以及生產(chǎn)工藝等部門的工作。在技術(shù)整合管理的要求上，這些部門都必須對(duì)各自的責(zé)任進(jìn)行配合定義，并確保各自做好本分工作。這樣才能預(yù)防問(wèn)題的發(fā)生。而所謂各自之間的配合，是指通過(guò)技術(shù)原理和成本利潤(rùn)考慮來(lái)給工作指標(biāo)定義。所以在技術(shù)整合管理前，我們必須對(duì)整個(gè)組裝技術(shù)進(jìn)行足夠的了解，才能使我們做出正確適當(dāng)?shù)臎Q策。
要確保潤(rùn)濕，首要的條件就是焊接金屬的特性。'潤(rùn)濕'是一種相對(duì)特性，所以材料間的匹配是個(gè)關(guān)鍵。在一個(gè)使用回流焊接的典型焊點(diǎn)上，包括了三種材料。也就是器件的焊端、錫膏和PCB焊盤的表面鍍層。從用戶的角度來(lái)說(shuō)，很不幸的，供應(yīng)商們發(fā)明了不只一種，而是為數(shù)不少的配搭組合。在含鉛技術(shù)中，雖然錫膏合金的種類不算多，但在PCB焊盤鍍層上，尤其是器件焊端鍍層上，卻也出現(xiàn)了不少的選擇。這些材料的相對(duì)潤(rùn)濕性并不一致。而更糟的是，但這些材料配合其他考慮因素時(shí)，例如同一PCBA上擁有眾多的器件種類，各器件焊端的鍍層厚度，焊端內(nèi)層材料，焊端的電鍍工藝，庫(kù)存時(shí)間和條件等等后，更形成了一個(gè)可說(shuō)是多變復(fù)雜的特性差異狀況。材料的選用是用戶設(shè)計(jì)部的工作，所以確保所選用材料適合本身或外加工廠的制造能力（注五）是個(gè)首要的工作。這就是技術(shù)整合管理中的DFM元素。這部分的工作做到位時(shí)，用戶可以保證所要的物料具備適合程度的潤(rùn)濕性。
用戶設(shè)計(jì)部門通過(guò)整合分析指定材料的種類和鍍層厚度后，保證潤(rùn)濕性的工作只是個(gè)開(kāi)始，我們只知道技術(shù)的可行，而離開(kāi)質(zhì)量保證尚有一段距離。用戶的下個(gè)關(guān)注項(xiàng)目是采購(gòu)或供應(yīng)商評(píng)估和質(zhì)量監(jiān)控。所選用的供應(yīng)商，必須具備足夠的制造技術(shù)和質(zhì)量管理能力，以確保提供的材料都能符合設(shè)計(jì)部門的要求。包括金屬或合金的純度、鍍層厚度、內(nèi)層金屬間的清潔度、電鍍密度等等。做到這一步，用戶就可以有效的確保來(lái)料是有潤(rùn)濕性保證的。
對(duì)于大多數(shù)用戶來(lái)說(shuō)，目前能采用JIT管理和運(yùn)作模式的并不多，即使有推行的也只是局部關(guān)鍵物料的推行。所以器件物料的庫(kù)存還是日常的運(yùn)作和管理工作。一些行業(yè)的市場(chǎng)特性，以及一些管理水平較高的企業(yè)，一般的庫(kù)存時(shí)間并不算長(zhǎng)，也因此不成為質(zhì)量問(wèn)題的主因。但也有另外的一部分用戶，由于行業(yè)市場(chǎng)特性，比如超小批量的生產(chǎn)，或成本壓力等等，或是管理水平偏低等因素，造成庫(kù)存時(shí)間偏長(zhǎng)的現(xiàn)象。對(duì)于這些用戶，庫(kù)存管理就可能成為潤(rùn)濕性故障模式的一個(gè)重要控制環(huán)節(jié)了。做到這一步，用戶能夠確保物料在生產(chǎn)時(shí)具備良好潤(rùn)濕性的條件。
另外一個(gè)必要的工作，就是建立起工藝能力了。也就是選擇工藝和制定工藝特性參數(shù)。我們這里舉的是回流焊接的例子，所以工藝選擇也就是回流焊接。至于工藝特性參數(shù)，對(duì)'潤(rùn)濕不良或不足'這一故障模式而言，在于回流工序中的第二至四工序。也就是'揮發(fā)'、'助焊'和'回流'三個(gè)工序。其中尤其以后兩道工序?yàn)橹饕刂泣c(diǎn)。'揮發(fā)'工序如果做得不好，殘留的揮發(fā)物將影響助焊的效果，也就影響潤(rùn)濕的能力。'助焊'的時(shí)間如果控制不當(dāng)，太短時(shí)助焊效率還沒(méi)有被發(fā)揮出來(lái)，太長(zhǎng)時(shí)出現(xiàn)重新氧化，也都影響或降低潤(rùn)濕性。所以這工序也必須有良好的溫度和時(shí)間控制。'回流'的溫度會(huì)決定潤(rùn)濕程度。溫度越高時(shí)，熔化金屬的表面張力越低，有利于潤(rùn)濕。所以提高溫度是個(gè)加強(qiáng)潤(rùn)濕的方法。不過(guò)這當(dāng)然有其限制，比如說(shuō)我們必須同時(shí)照顧到高溫可能造成的熱損壞、變形等等問(wèn)題。應(yīng)該意識(shí)到的是，我們?cè)趯?shí)際工作中所面對(duì)的并不是一個(gè)溫度均勻的單一焊點(diǎn)。而是千百個(gè)潤(rùn)濕性不一、溫度不一，甚至連單一焊點(diǎn)本身溫度都不均勻的焊點(diǎn)。而我們必須設(shè)置一個(gè)共同的溫度和時(shí)間（爐子的鏈速）來(lái)處理它們不同的特性要求。這就要求工藝工程師必須要靈活的使用各種調(diào)制手段來(lái)制定最佳的設(shè)置了。
讓我們來(lái)看看一個(gè)實(shí)際案例。如下圖二所示，是個(gè)焊端潤(rùn)濕不良的現(xiàn)象。熔化的錫并沒(méi)有足夠的爬升到器件的焊端上部（可以見(jiàn)到出現(xiàn)鍍金的顏色），焊點(diǎn)在焊盤上形成圓頂拱起的形狀。讀者也可以看到最左邊的焊點(diǎn)具有較完整的潤(rùn)濕。
潤(rùn)濕不良
這現(xiàn)象的形成，是由于器件吸熱大，焊端上的溫度比起PCB焊盤上的溫度來(lái)得低所造成。如果單只通過(guò)熱耦測(cè)溫，從溫度曲線上是看不出的。因?yàn)闊狁铙w形和連接方法的關(guān)系，無(wú)法細(xì)看到焊點(diǎn)上的溫度分布，所以從顯示'平均'值的溫度曲線上我們無(wú)法看出這問(wèn)題。不過(guò)通過(guò)觀察焊點(diǎn)我們可以推斷出這現(xiàn)象的成因。
當(dāng)時(shí)這故障的記錄程度是介于47%到65%的不良率水平范圍內(nèi)。圖三顯示了當(dāng)時(shí)的溫度設(shè)置數(shù)據(jù)。
了解到問(wèn)題的原理后，我對(duì)該產(chǎn)品的溫度曲線進(jìn)行重新調(diào)整。在照顧到其他焊點(diǎn)仍然在工藝規(guī)范內(nèi)的情況下，我盡量使該器件的焊端溫度上升。而最終決定了采用以下圖四的設(shè)置數(shù)據(jù)。
工藝調(diào)整后爐溫設(shè)置
改善后生產(chǎn)的723塊PCBA的不良率降到0，屬于完全解決。圖五為改善后熔錫爬升的狀況。
改善后潤(rùn)濕情況
另外一個(gè)案例如圖六所示，也是潤(rùn)濕不良的狀況。從圖六中我們可以看到焊點(diǎn)的錫堆積在焊盤上而沒(méi)有很好的爬升，只在器件的焊端下方有潤(rùn)濕的跡象。不過(guò)這并非工藝調(diào)制所能補(bǔ)償?shù)膯?wèn)題。其實(shí)際問(wèn)題是屬于物料不良引起，而問(wèn)題的嚴(yán)重性超出了工藝補(bǔ)償?shù)哪芰Ψ秶膱D七中我們可以看到問(wèn)題的所在。供應(yīng)商在焊端上的切割打磨過(guò)度，甚至嚴(yán)重到保護(hù)鍍層已經(jīng)被除去而露出基材的顏色。基材的過(guò)度氧化使錫膏中的助焊劑無(wú)法清除而造成潤(rùn)濕不良。這點(diǎn)當(dāng)時(shí)在個(gè)別器件的可焊性測(cè)試中就很明顯的看出。
潤(rùn)濕不良
器件焊端不良
以上的第二個(gè)案例，基本原因就是該用戶在技術(shù)整合中忽略了供應(yīng)商方面的評(píng)估管理，或是在這方面做不到位。而不像第一個(gè)案例中是用戶內(nèi)部工藝可控的因素。就如本節(jié)開(kāi)始時(shí)所說(shuō)的，SMT故障一般不是單一原因造成。這兩個(gè)'潤(rùn)濕不良'按例雖然具有相同的故障現(xiàn)象，成因和應(yīng)該采取的解決方法卻不一樣。SMT的復(fù)雜組合，幾乎使得每次的故障處理都是個(gè)全新的分析和調(diào)整過(guò)程。以上的案例也只是當(dāng)時(shí)情況的一個(gè)反映，讀者不應(yīng)該死記硬背的去使用這經(jīng)驗(yàn)。因?yàn)槟愕?故障模式'或現(xiàn)象雖然類似，但個(gè)別情況可能不同。比如在第二案例中，供應(yīng)商可能告訴你他供應(yīng)的另外一個(gè)客戶沒(méi)有這類問(wèn)題，而由此推理說(shuō)不是器件物料的問(wèn)題（注六）。事實(shí)上供應(yīng)商的另外客戶沒(méi)有見(jiàn)到這問(wèn)題，有可能是因?yàn)槭褂玫腻a膏不同，具備較強(qiáng)的助焊劑，或使用水洗技術(shù)；甚至也有可能是因?yàn)楫a(chǎn)品工藝難度不同（設(shè)計(jì)相關(guān)），以及設(shè)備能力不同的因素造成他們的確很少有這問(wèn)題。這就是SMT這門綜合技術(shù)的特質(zhì)，就是我大力推廣技術(shù)整合應(yīng)用和管理的原因。我們對(duì)質(zhì)量等所有整合因素之間的定義必須清楚，才能有效的解決和避免各種問(wèn)題。
要很好的解決回流問(wèn)題，需要我們對(duì)整個(gè)SMT工藝原理以及其他相關(guān)元素方面的清楚認(rèn)識(shí)并進(jìn)行適當(dāng)程度的控制。這些元素包括了在本系列文章中首篇“技術(shù)整合概念”中所提到的設(shè)計(jì)、材料、設(shè)備、工藝和質(zhì)量管理5個(gè)方面。記得質(zhì)量是個(gè)結(jié)果，要結(jié)果合格，只有通過(guò)輸入以及過(guò)程的控制才能做到。這也是零缺陷的基本概念。而這輸入和過(guò)程的可控性，還必須通過(guò)其他一系列的設(shè)計(jì)、采購(gòu)、供應(yīng)商管理、基礎(chǔ)工藝研發(fā)等等功能和活動(dòng)來(lái)給于保證。這就是技術(shù)整合工作。
注一：SMT工藝工程師和質(zhì)量工程師們，應(yīng)該培養(yǎng)起一種對(duì)故障現(xiàn)象很敏銳的觀察能力。從故障焊點(diǎn)以及其周邊，甚至PCBA以外的生產(chǎn)環(huán)境收集和得出一般人所不能得到的信息。這是一種技能。而這種技能必須建立在專業(yè)技術(shù)基礎(chǔ)上，也就是SMT焊接和組裝原理上，才能夠發(fā)揮最高的效益。
注二：'線上'是指在生產(chǎn)線上，由于工藝、設(shè)備工具或操作所造成的問(wèn)題。'線外'是指生產(chǎn)線以外的其他因素，例如設(shè)計(jì)（DFM）、物料供應(yīng)商、庫(kù)存、物流、后勤等所造成的問(wèn)題。
注三：焊接熱能不足的情況下，可能形成表面上看似完好的焊點(diǎn)。但由于IMC沒(méi)有很好形成，這類焊點(diǎn)的壽命可能不足，所以歸為'虛焊'或'弱焊'類。有些用戶將這類故障稱為'冷焊'。由于造成虛焊或弱焊的原因不只是'冷'，所以這里我不把'冷焊'的名稱加入并列。而冷焊的結(jié)果就是'虛焊'或'弱焊'，也因此不將'冷焊'另外列出。
注四：可靠性測(cè)試中有常用的'彎曲'測(cè)試，是屬于'抗拉'和'抗切'的綜合效應(yīng)測(cè)試。
注五：這里的'制造能力'是廣義的。包括了工藝、采購(gòu)、庫(kù)存等方面的能力。
注六：SMT技術(shù)的因果關(guān)系復(fù)雜，經(jīng)常不是直覺(jué)上能夠做出準(zhǔn)確判斷的。尤其是在設(shè)計(jì)最佳方案時(shí)。國(guó)內(nèi)慣用的'以前沒(méi)有問(wèn)題'，'其他用戶沒(méi)有問(wèn)題'的觀念和心態(tài)必須改正過(guò)來(lái)。才能造就一流的工程師和技術(shù)管理人才。
